JP2014203622A - 電池冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】流体流れ方向に並ぶ複数の単電池について電池温度のばらつきを抑制し、かつ装置の小型化を図る電池冷却装置を提供する。
【解決手段】電池冷却装置１は、電池スタック２，２Ａと、電池スタック２，２Ａが収容される内部空間４０を形成する電池ケース４と、放熱フィン３２と、放熱フィン３２を冷却する流体が流れる流体通路５０と、流体通路５０を形成する通路形成部材５とを備える。流体通路５０は、電池スタック２，２Ａの通電部分が存在する内部空間４０とは遮断されている。放熱フィン３２は電池スタック２，２Ａにおける通電部分とは絶縁され、かつ電池スタック２，２Ａの発熱が伝達する部材である。通路形成部材５に設けられる第１の流口５１と第２の流入口５２は、流出部５３よりも流体流れの上流にあって流体通路５０を流れる流体の上流側と下流側とに離間して設けられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電池を冷却する電池冷却装置に関する。

従来、組電池を冷却するための装置として、例えば特許文献１に記載の装置が知られている。この装置は、ケーシング内に収容された上流側の電池ブロックと下流側の電池ブロックとをそれぞれの周囲に空気を流すことによって、冷却する。各電池ブロックは、複数の単電池から構成されている。ケーシングには、吸気口と排気口が設けられている。吸気口は、仕切り板によって上下に仕切られている。

仕切り板の下側、上側には、主冷媒流路、副冷媒流路が形成され、吸気口に流入した空気は、主冷媒流路と副冷媒流路とに分流される。主冷媒流路を流れる空気は、上流側の電池ブロックの周囲を流れ、副冷媒流路を流れてきた空気と中間室で合流した後、下流側の電池ブロックの周囲を流れるようになる。そして、下流側の電池ブロックの周囲を通過した空気は、排気口から外部に排出される。

特開２０１２−５４０２３号公報

特許文献１の装置では、吸気口からケーシング内に流入した空気は、副冷媒流路を流れる際に、上流側の電池ブロックからの輻射熱を受ける仕切り板等によって温められる。このように副冷媒流路を流れる空気は、下流側の電池ブロックを冷却する前に温められるため、下流側の電池ブロックの冷却効率は十分ではない。

また、ケーシング内に流入して各電池ブロックを冷却する空気は、単電池の通電部分に接触するため、空気とともに取り込まれた塵埃等により、通電部分が短絡する可能性がある。これを防止するには、各吸気口に防塵用のフィルタを設ける方法があるが、当該フィルタを搭載すると装置が大型化するという懸念がある。

そこで、本発明は上記点に鑑みてなされたものであり、その目的は、流体流れ方向に並ぶ複数の単電池について電池温度のばらつきを抑制し、かつ装置の小型化を図る電池冷却装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、下記の技術的手段を採用することができる。なお、特許請求の範囲および下記各手段に記載の括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す。

電池冷却装置に係る発明は、複数の単電池（２０；１２０）の集合体で構成される電池スタック（２，２Ａ；２，２Ａ，２Ｂ；１０２）と、電池スタックが収容される内部空間（４０）を形成する電池収容部材（４）と、電池スタックにおける通電部分とは絶縁され、かつ電池スタックの発熱が伝達する放熱部（３２；３２，１３２；３２，１３２，２３２）と、電池スタックの通電部分が存在する内部空間とは遮断されるとともに、放熱部が設けられる通路であって、放熱部を冷却する流体が流れる流体通路（５０；１５０；２５０）と、流体通路を形成するとともに、流体が外部から流入する少なくとも２つの流入部（５１，５２；５１，１５２，２５２，３５２；５１，４５２，５５２；１５１，６５２；２５１，７５２，８５２）と流体が流出する流出部（５３）とが設けられる通路形成部材（５；１０５；２０５；３０５；４０５）と、を備え、
少なくとも２つの流入部（５１，５２；５１，１５２，２５２，３５２；５１，４５２，５５２；１５１，６５２；２５１，７５２，８５２）は、流出部よりも流体流れの上流にあって、流体通路を流れる流体流れの上流側と下流側とに離間して設けられることを特徴とする。

この構成によれば、放熱部を冷却しながら流下する流体に対して、流体通路の途中で、下流側に位置する流入部から取り込まれた低温の流体が混合する。これにより、この混合流体は、混合前に電池スタックを冷却した後の空気よりも低温になるので、これ以降に放熱部を冷却するときの冷却能力を改善することができる。したがって、混合後の電池スタックを冷却する前に、まだ放熱部から吸熱していない低温の流体が混ざることにより、これ以降の放熱部からの吸熱能力を高めることができる。したがって、この発明によれば、流体流れ方向に並ぶ複数の単電池について電池温度のばらつきを抑制するとともに、冷却能力の改善効果により小型化が図れる電池冷却装置を提供できる。

本発明の第１実施形態に係る電池冷却装置の構成を説明するための内部構造図である。 図１をII方向にみた場合の下面図である。 第１実施形態の電池冷却装置の制御構成を示すブロック図である。 第１実施形態の電池冷却装置を車両に搭載する位置を説明するための図である。 本発明の第２実施形態に係る電池冷却装置の構成を説明するための内部構造図である。 図５をVI方向にみた場合の下面図である。 本発明の第３実施形態に係る電池冷却装置の構成を説明するための内部構造図である。 図７をVIII方向にみた場合の下面図である。 本発明の第４実施形態に係る電池冷却装置の構成を説明するための内部構造図である。 図９をＸ方向にみた場合の下面図である。 本発明の第５実施形態に係る電池冷却装置の構成を説明するための内部構造図である。 図１１をXII方向にみた場合の下面図である。 本発明の第６実施形態に係る電池冷却装置の構成を説明するための内部構造図である。 図１３をXIV方向にみた場合の下面図である。 電池スタックを構成する単電池に関する他の形態を示す部分拡大図である。

以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組み合わせが可能であることを明示している部分同士の組み合わせばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示していなくても実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。

（第１実施形態）
第１実施形態について図１〜図４を用いて説明する。第１実施形態に係る電池冷却装置１は、複数個の単電池２０を冷却する装置である。電池冷却装置１は、複数個の単電池２０を搭載する各種の電気機器に適用することができる。各種電気機器は、蓄電池を有する装置、コンピュータ、車両等である。第１実施形態では、その一例として、電池冷却装置１を、内燃機関と電池駆動モータとを組み合わせて走行駆動源とするハイブリッド自動車、電気自動車等に用いる例について説明する。電池冷却装置１は、走行用モータの駆動電源となる電池を冷却する。

単電池２０は、例えばニッケル水素二次電池、リチウムイオン二次電池、有機ラジカル電池である。電池冷却装置１は、筐体内に収納された状態で自動車の座席下、後部座席とトランクルーム７１との間の空間、運転席と助手席の間の空間等に配置されうる。

電池冷却装置１は、電池スタック２，２Ａと、電池スタック２，２Ａを収容する電池ケース４と、電池スタック２，２Ａの発熱が伝達する放熱部と、放熱部を冷却する流体が流れる流体通路５０と、送風機６と、流体通路５０を形成する通路形成部材５とを備える。また、電池冷却装置１は、複数個の単電池２０について少なくとも電圧値、温度状態を監視する電池監視ユニットと一体に構成され、この一体化した単位の電池パックとして自動車に搭載されるようにしてもよい。

電池スタック２と電池スタック２Ａは、流体通路５０を流れる流体の流下方向Ｆに所定の間隔をあけて設けられる。電池スタック２は、流体流れの上流側に配置され、電池スタック２Ａは、電池スタック２よりも下流側に配置される。各電池スタック２，２Ａは、複数の単電池２０の集合体で構成される。また、流下方向Ｆは、電池スタック２，２Ａの並び方向でもあり、単電池２０の積層方向でもある。

単電池２０は、外装ケースが薄い平板状の形態をなし、外装ケースはラミネートシートで形成されている。ラミネートシートは、絶縁性の高い素材で構成されている。単電池２０は、例えば、二つ折りにされたラミネートシートの端部同士を熱融着することにより当該端部同士を封止して密閉された内部空間を有する。この内部空間には、電極積層体、電解質、端子接続部、正極端子部の一部、及び負極端子部の一部が内蔵されている。

正極端子部及び負極端子部のそれぞれの残部は、外装ケースから外部に突出している。外装ケースから露出する端子であって、隣り合う単電池２０における異極の端子間は、バスバー等の導電部材によって電気的に接続される。バスバーと電極端子部との接続は、例えばネジ締めや、超音波溶接により行われる。したがって、バスバー等によって電気的に接続された電池スタック２及び電池スタック２Ａの両端に配された総端子部には、電力が供給されたり、他の電気機器へ向けて放電されたりする。

外装ケースから露出する端子部や、バスバー等の導電部は、電池スタック２，２Ａにおける通電部分に相当し、電池スタック２，２Ａを収容する電池ケース４が形成する内部空間４０に存在する。外装ケース、緩衝部材２２、拘束部材２３及び熱伝導プレート２１は、内部空間４０に存在する。内部空間４０は、電池ケース４によって囲まれた空間であり、電池ケース４及び通路形成部材５によって流体通路５０とは隔絶されている。内部空間４０と流体通路５０を遮断する構造は、電池ケース４と通路形成部材５とによって、両方の室が仕切られることにより提供される。

各電池スタック２，２Ａは、単電池２０と熱伝導プレート２１とを交互に所定個数積層した集合体を、積層方向の両端部から緩衝部材２２を介して拘束部材２３で挟み、内側に向かう拘束力を作用させて一体にしたものである。熱伝導プレート２１は、単電池２０の外装ケースに密着して、熱伝導率が大きくないラミネートシートの熱伝導性を助ける部材であり、高い熱伝導率を有し、例えば、アルミニウム、銅、もしくはその合金で構成される。また、緩衝部材２２は、柔軟性のあるゴム等で構成される。

すべての熱伝導プレート２１は、流体通路５０の大部分にわたり流下方向Ｆ及び通路幅方向Ｗに延びるように設けられる放熱層３０に接触している。放熱層３０は、内部空間４０に露出するように設けられている。放熱層３０には、良熱伝導性を有するシリコン系ゴム、樹脂やセラミックス等を使用することができる。また、放熱層３０は、蒸着、コーティング、一体成形等によって形成することができる。

放熱層３０は、流体通路５０に露出するように設けられる熱拡散プレート３１に熱的に接続されている。さらに熱拡散プレート３１は、流体通路５０に設けられる複数の放熱フィン３２と一体に構成され、各放熱フィン３２に熱的に接続されている。板状の放熱フィン３２は、流体通路５０を横断する方向（通路高さ方向Ｈ）及び流下方向Ｆに延びる形状の板材で構成されている。

放熱フィン３２は、その両側面を流下方向Ｆに沿う方向に向けて設置されている。複数の放熱フィン３２は、各電池スタック２，２Ａにおいて通路幅方向Ｗに各電池スタック２，２Ａのほぼ全体にわたって、所定の間隔をあけて設けられる。したがって、第１の流入口５１から流体通路５０に流入した冷却用の流体は、放熱面積を構成する各放熱フィン３２の両側面に接触しながら流下方向Ｆに流れて流出部５３から流出する。このような姿勢で各放熱フィン３２が設置されているため、流体との接触度合いを高めつつ流体流れの抵抗を小さくすることができる。

熱拡散プレート３１及び放熱フィン３２は、高い熱伝導率を有し、例えば、アルミニウム、銅、もしくはその合金で構成される。熱拡散プレート３１及び放熱フィン３２は、電池スタック２，２Ａにおける上記通電部分とは絶縁されるが、電池スタック２，２Ａとは熱的に接続されている。熱拡散プレート３１及び放熱フィン３２は、内部空間４０とは遮断された流体通路５０に存在し、電池スタック２，２Ａの発熱が伝達する放熱部を構成する。

以上の構成により、ラミネートシートは絶縁性が高いため、熱伝導プレート２１には、電気は伝導しないが、熱は伝導しやすい。したがって、各単電池２０の発熱は、熱伝導プレート２１を介して放熱層３０に伝達される。放熱層３０に伝達された熱は、熱拡散プレート３１を介して放熱フィン３２に伝達される。放熱フィン３２には、流体駆動装置によって流体通路５０を流れる流体が接触し、放熱フィン３２の熱は流体に吸熱されるため、結果的に単電池２０は、その通電部分に流体が接触することない状態で、流体によって冷却されることになる。

送風機６は、通路形成部材５に隣接して一体的に設けられ、流体通路５０に冷却用流体の一例である空気を強制的に流通させる流体駆動装置の一例である。送風機６は、電動式のモータ等によって駆動される回転数制御の可能なファンと、収納されるファンの回転によって空気を吸込口から吸入し吹出口から吹き出すケーシングと、を備えて構成される。当該吸込口は、通路形成部材５の流出部に接続されている。送風機６は、流体通路５０において、図１、図２、図４の矢印で示す流れの送風を提供する。なお、ファンには、シロッコファン、プロペラファン、ターボファン、クロスフローファン等の各種ファンを用いることができる。

流体通路５０は、扁平状の通路形成部材５によって囲まれた空間である。流体通路５０は、流下方向Ｆに対して直交する通路横断面が、電池ケース４側に延びる通路高さＨ１の方が通路幅Ｗ１よりも短い扁平形状となる通路である。したがって、流体通路５０は、流下方向Ｆに細長い直方体状の通路である。通路幅Ｗ１は、電池スタック２，２Ａの通路幅方向Ｗの長さよりも大きい寸法である。通路高さＨ１は、放熱フィン３２の突出高さよりも大きい寸法である。

通路形成部材５には、流体が外部から流入する少なくとも２つの流入部を構成する第１の流入口５１、第２の流入口５２と、流体が流出する流出部５３とが設けられる。流出部５３は、送風機６の吸込口に接続されている。したがって、流体通路５０の入口は、上流側の第１の流入口５１と、通路の途中で開口する第２の流入口５２とからなる。したがって、第１の流入口５１と第２の流入口５２は、上流側と下流側とに離間して配置される。流体通路５０の出口は、第２の流入口５２よりも下流に位置する流出部５３であり、流出部５３は矩形状の開口部で構成される。

第１の流入口５１は、流体通路５０の通路横断面と同様の形状であり、通路高さＨ１、通路幅Ｗ１である矩形状の開口部である。第２の流入口５２は、流下方向Ｆに間隔をあけて隣り合う電池スタック２と電池スタック２Ａとの間に臨む位置に設けられる。具体的には、図２に図示するように、第２の流入口５２は、電池スタック２と電池スタック２Ａとの間に設定される空間部に向けて、電池冷却装置１の下面に開口する。電池冷却装置１を下面に向かって見た場合、第２の流入口５２を通して当該空間部を見ることができる。第２の流入口５２は、通路幅方向Ｗの長さが流下方向Ｆの長さよりも大きい矩形状の開口部である。

図３に示すように、送風機ＥＣＵ１０は、バッテリ１１や電池スタック２，２Ａから電力を使用して送風機６を運転する流体駆動装置の制御装置である。送風機ＥＣＵ１０には、単電池２０の温度を検出する電池温度サーミスタ１２の検出信号が入力される。送風機ＥＣＵ１０は、当該検出信号に基づく温度情報が所定の運転条件を満たす場合に送風機６を運転し、電池スタック２，２Ａの冷却が行われる。また、送風機ＥＣＵ１０は、単電池２０の温度、電圧状態等を監視する電池監視ユニットと通信し、電池監視ユニットから送風機６を運転する命令を受信し、この命令にしたがって送風機６を運転するように構成してもよい。

具体的には、送風機ＥＣＵ１０は、電池温度サーミスタ１２によって検出された電池温度、および予め記憶された制御プログラムに基づいて演算を行い、電池温度が適正な温度範囲となるように送風機６の回転数を制御して電池冷却を適切に調整する。送風機ＥＣＵ１０は、例えば電圧のパルス波のデューティー比を変化させて変調するパルス幅変調制御（ＰＷＭ制御）を行う。例えば、送風機ＥＣＵ１０は、ＰＷＭ制御によりファンの回転数を目標とする冷却能力に応じて可変制御し、電池温度サーミスタ１２等で検出される電池温度を制御する。

電池温度を適正な温度範囲にするために、送風機ＥＣＵ１０が送風機６の運転を開始すると、送風機６は流体通路５０の空気を吸引する。流体通路５０には、第１の流入口５１及び第２の流入口５２のそれぞれから外部の空気が取り込まれる。第１の流入口５１から流体通路５０に取り込まれた空気は、上流側に位置する電池スタック２のすべての放熱フィン３２に接触しながら流下方向Ｆに流れて、電池スタック２を構成する単電池２０を冷却する。電池スタック２を冷却した空気は、電池スタック２と電池スタック２Ａとの間に設けられた空間に達した所で、第２の流入口５２から流体通路５０に取り込まれた空気と合流する。

この合流した空気は、下流側の電池スタック２Ａのすべての放熱フィン３２に接触しながら流下方向Ｆに流れて、電池スタック２Ａを構成する単電池２０を冷却し、流出部５３から流体通路５０を流出する。この合流した空気は、第１の流入口５１から取り込まれた空気に第２の流入口５２から取り込まれた新鮮な空気が混合することで、電池スタック２を冷却した後の空気よりも低温になる。したがって、電池スタック２Ａの単電池２０を冷却する前に、まだ放熱フィン３２から吸熱していない新鮮な空気が混ざることにより、下流側の放熱フィン３２からの吸熱能力を高めることができ、下流側の電池スタック２Ａを冷却する能力を向上できる。

図４に示すように、電池冷却装置１は、車両７の車室内７０に設けられる後部座席７３の下方に設置することができる。電池冷却装置１は、さらに、内部空間４０よりも流体通路５０を下側にした姿勢で後部座席７３の裏側に設置される。後部座席７３の下方の電池冷却装置１を設置する空間は、トランクルーム７１よりも下方のトランクルーム裏空間７２に連通させるようにしてもよい。また当該設置空間は、車外に連通するようにも構成できる。

当該設置空間に内部空間４０よりも流体通路５０を下側にした姿勢で電池冷却装置１を設置することにより、少なくとも２つの流入である第１の流入口５１及び第２の流入口５２から流体通路５０に室外空気を流入させる際の空気抵抗を小さくできる。内部空間４０よりも流体通路５０を上側にした姿勢で設置した場合には流体通路５０の上方の空間を大きく確保できないため、上記構成によれば、空気を流体通路５０に取り入れる際の空気抵抗を格段に低下することに貢献できる。さらに、第２の流入口５２については電池冷却装置１の下面に位置することにより、第２の流入口５２の下方空間を大きくでき、車両７の下方にある空気を流体通路５０に一層効率的に取り込むことができる。

第１実施形態の電池冷却装置１は、電池スタック２，２Ａと、電池スタック２，２Ａを収容する電池ケース４と、放熱フィン３２と、送風機６と、放熱フィン３２を冷却する流体が流れる流体通路５０と、流体通路５０を形成する通路形成部材５とを備える。流体通路５０は、電池スタック２，２Ａの通電部分が存在する内部空間４０とは遮断されている。放熱フィン３２は電池スタック２，２Ａにおける通電部分とは絶縁され、かつ電池スタック２，２Ａの発熱が伝達する部材である。通路形成部材５に設けられる第１の流入口５１と第２の流入口５２は、流出部５３よりも流体流れの上流にあって流体通路５０を流れる流体の上流側と下流側とに離間して設けられる。

この構成によれば、放熱部である放熱フィン３２を冷却しながら流下する空気に対して、流体通路５０の途中で、第２の流入口５２から取り込まれた低温の空気が混合する。これにより、この混合空気は、電池スタック２を冷却した後の空気よりも低温になるので、これ以降に放熱フィン３２を冷却するときの冷却能力を回復することができる。したがって、下流に位置する電池スタック２Ａの単電池２０を冷却する前に、まだ放熱フィン３２から吸熱していない低温の空気が混ざることにより、下流側の放熱フィン３２からの吸熱能力を高めることができる。電池冷却装置１によれば、空気流れ方向に並ぶ複数の単電池２０について電池温度のばらつきを抑制できるとともに、冷却能力の改善によって装置の小型化が図れる。

（第２実施形態）
第２実施形態では、第１実施形態の電池冷却装置１の他の形態である電池冷却装置１０１について図５及び図６にしたがって説明する。各図において、第１実施形態の図面中と同一符号を付した構成部品は、同様の構成部品であり、同様の作用効果を奏するものである。以下、第１実施形態と相違する内容について説明する。

図５及び図６に示すように、通路形成部材１０５には、流体が外部から流入する少なくとも２つの流入部として、第１の流入口５１、第２の流入口１５２、第３の流入口２５２、及び第４の流入口３５２を備える。第２の流入口１５２、第３の流入口２５２、及び第４の流入口３５２は、通路幅方向Ｗの長さが流下方向Ｆの長さよりも大きい矩形状の開口部である。

第２の流入口１５２は、上流側の電池スタック２に対して流下方向Ｆの中程に位置するように設けられている。第２の流入口１５２は、電池冷却装置１０１の下面に開口する。電池冷却装置１０１を下面に向かって見た場合、第２の流入口１５２を通して、通路幅方向Ｗに並ぶ複数の放熱フィン３２を見ることができる。

第３の流入口２５２は、流下方向Ｆに間隔をあけて隣り合う電池スタック２と電池スタック２Ａとの間に臨む位置に設けられる。図６に図示するように、第３の流入口２５２は、電池スタック２と電池スタック２Ａとの間に設定される空間部に向けて、電池冷却装置１０１の下面に開口する。電池冷却装置１０１を下面に向かって見た場合、第３の流入口２５２を通して当該空間部を見ることができる。

第４の流入口３５２は、下流側の電池スタック２Ａに対して流下方向Ｆの中程に位置するように設けられている。第４の流入口３５２は、電池冷却装置１０１の下面に開口する。電池冷却装置１０１を下面に向かって見た場合、第４の流入口３５２を通して、通路幅方向Ｗに並ぶ複数の放熱フィン３２を見ることができる。

電池温度を適正な温度範囲にするために、送風機ＥＣＵ１０が送風機６の運転を開始すると、流体通路５０には、第１の流入口５１、第２の流入口１５２、第３の流入口２５２、及び第４の流入口３５２のそれぞれから外部の空気が取り込まれる。第１の流入口５１から流体通路５０に取り込まれた空気は、上流側に位置する電池スタック２のすべての放熱フィン３２に接触しながら流下方向Ｆに流れ、電池スタック２に対して流下方向Ｆの中程で、第２の流入口１５２から取り込まれた空気と合流する。この合流した空気は、上流側の電池スタック２のすべての放熱フィン３２に接触しながら流下方向Ｆに流れて、電池スタック２を構成する単電池２０を冷却する。

この合流した空気は、第１の流入口５１から取り込まれた空気に第２の流入口１５２から取り込まれた新鮮な空気が混合することで、電池スタック２の流下方向Ｆの中ほどで、温度低下する。したがって、第１の流入口５１から取り込まれた空気は、第２の流入口１５２の位置でまだ放熱フィン３２から吸熱していない新鮮な空気が混ざることにより、温度低下する。これにより、以降の放熱フィン３２からの吸熱能力を高めることができ、上流側の電池スタック２について流下方向Ｆの後半部分を冷却する能力を向上することができる。

第１の流入口５１及び第２の流入口１５２から取り込まれて電池スタック２を冷却した空気は、電池スタック２と電池スタック２Ａとの間に設けられた空間に達した所で、第３の流入口２５２から取り込まれた空気と合流する。この合流した空気は、下流側の電池スタック２Ａのすべての放熱フィン３２に接触しながら流下方向Ｆに流れて、電池スタック２Ａを構成する単電池２０を冷却する。この合流した空気は、第１の流入口５１及び第２の流入口１５２から取り込まれた空気に第３の流入口２５２から取り込まれた新鮮な空気が混合することで、電池スタック２を冷却後の空気よりも低温になる。したがって、電池スタック２Ａの単電池２０を冷却する前に、まだ放熱フィン３２から吸熱していない新鮮な空気が第３の流入口２５２の位置で混ざることにより、下流側の放熱フィン３２からの吸熱能力を高めることができ、下流側の電池スタック２Ａを冷却する能力を向上できる。

さらに、第１の流入口５１、第２の流入口１５２及び第３の流入口２５２から取り込まれて電池スタック２を冷却した空気は、電池スタック２Ａに対して流下方向Ｆの中程で、第４の流入口３５２から取り込まれた空気と合流する。この合流した空気は、下流側の電池スタック２Ａのすべての放熱フィン３２に接触しながら流下方向Ｆに流れて、電池スタック２Ａを構成する単電池２０を冷却する。

この合流した空気は、途中で第４の流入口３５２から取り込まれた新鮮な空気が混合することで、電池スタック２Ａの流下方向Ｆの中ほどで、温度低下する。これにより、以降の放熱フィン３２からの吸熱能力を高めることができ、下流側の電池スタック２Ａについて流下方向Ｆの後半部分を冷却する能力を向上することができる。

（第３実施形態）
第３実施形態では、第１実施形態の電池冷却装置１の他の形態である電池冷却装置２０１について図７及び図８にしたがって説明する。各図において、第１実施形態の図面中と同一符号を付した構成部品は、同様の構成部品であり、同様の作用効果を奏するものである。以下、第１実施形態と相違する内容について説明する。

図７及び図８に示すように、電池冷却装置２０１は、流体通路５０を流れる流体の流下方向Ｆに所定の間隔をあけて順に設けられる電池スタック２、電池スタック２Ａ、及び電池スタック２Ｂを備える。電池スタック２は、電池スタック２Ａよりも流体流れの上流側に配置され、電池スタック２Ｂは、電池スタック２Ａよりも下流側に配置される。各電池スタック２，２Ａ，２Ｂは、複数の単電池２０の集合体で構成される。また、流下方向Ｆは、電池スタック２，２Ａ，２Ｂの並び方向でもあり、単電池２０の積層方向でもある。

さらに通路形成部材２０５には、流体が外部から流入する少なくとも２つの流入部として、第１の流入口５１、第２の流入口４５２、及び第３の流入口５５２を備える。第２の流入口４５２及び第３の流入口５５２は、通路幅方向Ｗの長さが流下方向Ｆの長さよりも大きい矩形状の開口部である。

第２の流入口４５２は、流下方向Ｆに間隔をあけて隣り合う電池スタック２と電池スタック２Ａとの間に臨む位置に設けられる。具体的には、図８に図示するように、第２の流入口４５２は、電池スタック２と電池スタック２Ａとの間に設定される空間部に向けて、電池冷却装置１の下面に開口する。第３の流入口５５２は、流下方向Ｆに間隔をあけて隣り合う電池スタック２Ａと電池スタック２Ｂとの間に臨む位置に設けられる。具体的には、図８に図示するように、第３の流入口５５２は、電池スタック２Ａと電池スタック２Ｂとの間に設定される空間部に向けて、電池冷却装置１の下面に開口する。

以上の構成により、第２の流入口４５２と第３の流入口５５２は、それぞれ、第１実施形態の第２の流入口５２と同様の作用効果を奏する。

（第４実施形態）
第４実施形態では、第１実施形態の電池冷却装置１の他の形態である電池冷却装置３０１について図９及び図１０にしたがって説明する。各図において、第１実施形態の図面中と同一符号を付した構成部品は、同様の構成部品であり、同様の作用効果を奏するものである。以下、第１実施形態と相違する内容について説明する。

図９及び図１０に示すように、電池冷却装置３０１における流入部は、通路形成部材３０５において、流下方向Ｆに直交する横断部分Ｃの幅広の両端部にそれぞれ設けられる。通路形成部材３０５は、流下方向Ｆに直交する横断部分Ｃの幅広の通路幅が、電池スタックの位置に対応して流下方向Ｆに進むほど段階的に広くなるように形成されている。さらに、流入部は、通路形成部材３０５において、流下方向Ｆに直交する横断部分Ｃの幅広の両端部であって段階的に広くなる部分にそれぞれ設けられる。

当該流入部は、図に示す第２の流入口６５２である。第２の流入口６５２は、通路形成部材３０５において、電池スタック２と電池スタック２Ａとの間に相当する位置であって、流体通路１５０の通路幅がＷ２からＷ３に拡大された所の通路幅方向Ｗの両端部にそれぞれ開口している。

したがって、流体通路１５０の入口は、上流側の第１の流入口１５１と、通路の途中で開口する第２の流入口６５２とからなる。したがって、第１の流入口１５１と第２の流入口６５２は、上流側と下流側とに離間して配置される。

第１の流入口１５１は、流体通路１５０の通路横断面と同様の形状であり、通路高さＨ１、通路幅Ｗ２である矩形状の開口部である。第２の流入口６５２は、流下方向Ｆに間隔をあけて隣り合う電池スタック２と電池スタック２Ａとの間に臨む位置に設けられる。具体的には、図１０に図示するように、第２の流入口６５２は、電池スタック２と電池スタック２Ａとの間に設定される空間部に向かう方向に対して直交する流下方向Ｆに向けて開口する。第２の流入口６５２は、通路高さＨ１であり、通路幅がＷ３からＷ２を減算した値の半分程度である矩形状の開口部である。なお、流体通路１５０は、電池スタック２と電池スタック２Ａとの間を境に通路幅寸法が変化する通路であり、電池スタック２に対応する位置では通路幅Ｗ２であり、電池スタック２Ａに対応する位置では通路幅Ｗ２よりも大きい通路幅Ｗ３になっている。

さらに、図１０に破線で示すように、流体通路１５０には、流体流れ変更板の一例である風向板５４が設けられている。風向板５４は、流体通路１５０において、各第２の流入口６５２から所定距離の流下方向Ｆに進んだ位置に設けられる。風向板５４は、その基端部から先端部にかけて、通路幅Ｗ３の中央部に向けて指向するように延びる形状の板状部である。したがって、第２の流入口６５２から流体通路１５０に流入した空気は、流下方向Ｆに進んだ後、風向板５４に案内されて、電池スタック２Ａにおける通路幅方向Ｗの中央部に向けて流れるようになる。この風向変更によれば、第２の流入口６５２から流体通路１５０に流入した空気は、放熱フィン３２が並ぶ方向に案内されて、放熱フィン３２に接触する空気が増加する流れが形成される。したがって、風向板５４による流体流れの変更によれば、第２の流入口６５２から流入する空気による放熱フィン３２の冷却効果を向上させることができる。

電池温度を適正な温度範囲にするために、送風機ＥＣＵ１０が送風機６の運転を開始すると、送風機６は流体通路１５０の空気を吸引する。流体通路１５０には、第１の流入口１５１及び第２の流入口６５２のそれぞれから外部の空気が取り込まれる。第１の流入口１５１から流体通路１５０に取り込まれた空気は、上流側に位置する電池スタック２のすべての放熱フィン３２に接触しながら流下方向Ｆに流れて、電池スタック２を構成する単電池２０を冷却する。電池スタック２を冷却した空気は、電池スタック２と電池スタック２Ａとの間に設けられた空間に達した所で、第２の流入口６５２から流体通路１５０に取り込まれた空気と合流する。

この合流した空気は、下流側の電池スタック２Ａのすべての放熱フィン３２に接触しながら流下方向Ｆに流れて、電池スタック２Ａを構成する単電池２０を冷却し、流出部５３から流体通路１５０を流出する。この合流した空気は、第１の流入口１５１から取り込まれた空気に第２の流入口６５２から取り込まれた新鮮な空気が混合することで、電池スタック２を冷却した後の空気よりも低温になる。したがって、電池スタック２Ａの単電池２０を冷却する前に、まだ放熱フィン３２から吸熱していない新鮮な空気が混ざることにより、下流側の放熱フィン３２からの吸熱能力を高めることができ、下流側の電池スタック２Ａを冷却する能力を向上できる。したがって、流下方向Ｆに並ぶ複数の単電池について電池温度のばらつきを抑制する電池冷却装置３０１を提供できる。

（第５実施形態）
第５実施形態では、第１実施形態の電池冷却装置１の他の形態である電池冷却装置４０１について図１１及び図１２にしたがって説明する。各図において、第１実施形態の図面中と同一符号を付した構成部品は、同様の構成部品であり、同様の作用効果を奏するものである。以下、第１実施形態と相違する内容について説明する。

図１１及び図１２に示すように、放熱部を構成する放熱フィン３２，１３２の表面積は、隣り合う電池スタック２，２Ａ間に臨む位置に設けられる第２の流入口５２を基準にして流体の下流側に位置する放熱部分の方が大きくなっている。図１１に図示するように、第２の流入口５２を基準にして下流側に位置する放熱フィン１３２は、上流側の放熱フィン３２よりも通路高さ方向Ｈの長さ（突出高さ）が大きいことから、表面積が大きくなっている。また、図１２に図示するように、第２の流入口５２を基準にして下流側に位置する放熱フィン１３２は、上流側の放熱フィン３２よりも、その個数が多いことから表面積が大きくなっている。

この構成によれば、下流側に位置する電池スタック２Ａにおける放熱面積を上流側の電池スタック２よりも大きくできるので、下流側の電池スタック２Ａに対する冷却能力を向上させることができる。したがって、流下方向Ｆに並ぶ複数の単電池について電池温度のばらつきを抑制する電池冷却装置４０１を提供できる。

（第６実施形態）
第６実施形態では、第１実施形態の電池冷却装置１や第４実施形態の電池冷却装置３０１の他の形態である電池冷却装置５０１について図１３及び図１４にしたがって説明する。各図において、第１実施形態、第４実施形態の図面中と同一符号を付した構成部品は、同様の構成部品であり、同様の作用効果を奏するものである。以下、第１実施形態と相違する内容について説明する。

図１３及び図１４に示すように、電池冷却装置５０１における流入部は、通路形成部材４０５において、流下方向Ｆに直交する横断部分Ｃの幅広の両端部にそれぞれ設けられる。通路形成部材４０５は、流下方向Ｆに直交する横断部分Ｃの幅広の通路幅が、電池スタックの位置に対応して流下方向Ｆに進むほど段階的に広くなるように形成されている。さらに、流入部は、通路形成部材４０５において、流下方向Ｆに直交する横断部分Ｃの幅広の両端部であって段階的に広くなる部分にそれぞれ設けられる。

当該流入部は、図に示す第２の流入口７５２及び第３の流入口８５２である。第２の流入口７５２は、通路形成部材４０５において、電池スタック２と電池スタック２Ａとの間に相当する位置であって、流体通路１５０の通路幅がＷ４からＷ５に拡大された所の通路幅方向Ｗの両端部にそれぞれ開口している。

したがって、流体通路２５０の入口は、上流側の第１の流入口２５１と、通路の途中で開口する第２の流入口７５２及び第３の流入口８５２とからなる。したがって、第１の流入口１５１と第２の流入口７５２は、上流側と下流側とに離間して配置され、第２の流入口７５２と第３の流入口８５２は、上流側と下流側とに離間して配置される。

第１の流入口２５１は、流体通路２５０の通路横断面と同様の形状であり、通路高さＨ１、通路幅Ｗ４である矩形状の開口部である。第２の流入口７５２は、流下方向Ｆに間隔をあけて隣り合う電池スタック２と電池スタック２Ａとの間に臨む位置に設けられる。具体的には、図１４に図示するように、第２の流入口７５２は、電池スタック２と電池スタック２Ａとの間に設定される空間部に向かう方向に対して直交する流下方向Ｆに向けて開口する。第２の流入口７５２は、通路高さＨ１であり、通路幅がＷ５からＷ４を減算した値の半分程度である矩形状の開口部である。

第３の流入口８５２は、流下方向Ｆに間隔をあけて隣り合う電池スタック２Ａと電池スタック２Ｂとの間に臨む位置に設けられる。具体的には、図１４に図示するように、第３の流入口８５２は、電池スタック２Ａと電池スタック２Ｂとの間に設定される空間部に向かう方向に対して直交する流下方向Ｆに向けて開口する。第３の流入口８５２は、通路高さＨ１であり、通路幅がＷ６からＷ５を減算した値の半分程度である矩形状の開口部である。なお、流体通路２５０は、電池スタック２と電池スタック２Ａとの間と、電池スタック２Ａと電池スタック２Ｂとの間とを境にそれぞれ通路幅寸法が変化する通路である。電池スタック２に対応する位置では通路幅Ｗ４であり、電池スタック２Ａに対応する位置では通路幅Ｗ４よりも大きい通路幅Ｗ５であり、電池スタック２Ｂに対応する位置では通路幅Ｗ５よりも大きい通路幅Ｗ６である。

さらに、図１４に破線で示すように、流体通路２５０には、流体流れ変更板の一例である風向板１５４と風向板２５４が設けられている。風向板１５４は、流体通路２５０において、各第２の流入口７５２から所定距離の流下方向Ｆに進んだ位置に設けられる。風向板１５４は、その基端部から先端部にかけて、通路幅Ｗ５の中央部に向けて指向するように延びる形状の板状部である。したがって、第２の流入口７５２から流体通路２５０に流入した空気は、流下方向Ｆに進んだ後、風向板１５４に案内されて、電池スタック２Ａにおける通路幅方向Ｗの中央部に向けて流れるようになる。この風向変更によれば、第２の流入口７５２から流体通路２５０に流入した空気は、放熱フィン１３２が並ぶ方向に案内されて、放熱フィン１３２に接触する空気が増加する流れが形成される。したがって、風向板１５４による流体流れの変更によれば、第２の流入口７５２から流入する空気による放熱フィン１３２の冷却効果を向上させることができる。

風向板２５４は、流体通路２５０において、各第３の流入口８５２から所定距離の流下方向Ｆに進んだ位置に設けられる。風向板２５４は、その基端部から先端部にかけて、通路幅Ｗ６の中央部に向けて指向するように延びる形状の板状部である。したがって、第３の流入口８５２から流体通路２５０に流入した空気は、流下方向Ｆに進んだ後、風向板２５４に案内されて、電池スタック２Ｂにおける通路幅方向Ｗの中央部に向けて流れるようになる。この風向変更によれば、第３の流入口８５２から流体通路２５０に流入した空気は、放熱フィン２３２が並ぶ方向に案内されて、放熱フィン２３２に接触する空気が増加する流れが形成される。したがって、風向板２５４による流体流れの変更によれば、第３の流入口８５２から流入する空気による放熱フィン２３２の冷却効果を向上させることができる。

また、放熱部を構成する放熱フィン３２，１３２の表面積は、隣り合う電池スタック２，２Ａ間に臨む位置に設けられる第２の流入口７５２を基準にして流体の下流側に位置する放熱部分の方が大きくなっている。図１４に図示するように、第２の流入口７５２を基準にして下流側に位置する放熱フィン１３２は、上流側の放熱フィン３２よりも、その個数が多いことから表面積が大きくなっている。

また、放熱部を構成する放熱フィン１３２，２３２の表面積は、隣り合う電池スタック２Ａ，２Ｂ間に臨む位置に設けられる第３の流入口８５２を基準にして流体の下流側に位置する放熱部分の方が大きくなっている。図１４に図示するように、第３の流入口８５２を基準にして下流側に位置する放熱フィン２３２は、上流側の放熱フィン１３２よりも、その個数が多いことから表面積が大きくなっている。

このような放熱フィンの表面積に係る構成によれば、上記の第５実施形態の放熱フィンと同様の作用効果を奏するものである。

（他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。

上記実施形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものである。

上記実施形態において電池スタックを構成する単電池は、図１５に示すような角形の単電池で構成することもできる。図１５に示すように、各単電池１２０は、アルミニウム、アルミニウム合金等からなる外装ケースによってその外周面を被覆された扁平状直方体である。電池スタック１０２は、単電池１２０と絶縁スペーサ１２１とを交互に所定個数積層した集合体を、積層方向の両端部から拘束部材１２３で挟み、内側に向かう拘束力を作用させて一体にしたものである。

この場合、拡散プレートと単電池１２０の外装ケースとの間には、電気絶縁層１３０を設ける。電気絶縁層１３０は拡散プレートと単電池１２０の外装ケースとによって挟まれ、両者に密着する。電気絶縁層１３０は、拡散プレートと単電池１２０の外装ケースとを、熱的に接続するとともに、電気的に絶縁する。電気絶縁層１３０は、熱伝導性及び電気絶縁性を有する。電気絶縁層１３０は、例えば、薄い膜状の層であり、良熱伝導性を有するシリコン系ゴム、樹脂やセラミックス等を使用することができる。また電気絶縁層１３０は、蒸着、コーティング、一体成形等によって形成することができる。このような電気絶縁層１３０によれば、単電池１２０の外装ケースと放熱部をなす熱拡散プレート３１及び放熱フィン３２とがこの絶縁性部材を介して接触するようになるため、電気絶縁性が確保されて電気的安全性の確保を図ることができる。また電気絶縁層１３０は、窒化アルミニウムフィルムやシリコンゴムシートで置き換えてもよく、絶縁性を有する放熱フィルムを採用することもできる。

上記実施形態において、電池スタックは流下方向に２個または３個並んで設置されているが、電池スタックの個数は開示の形態に限定されない。例えば、電池収容部材に収容される電池スタックは１個でもよいし、流下方向に４個以上を並んで設置される構成でもよい。

上記実施形態において、流下方向に並ぶ複数個の電池スタックは間隔をあけて設けられているが、間隔をあけることなく設置するように構成してもよい。

上記実施形態において、各電池スタックを構成する複数個の単電池は空気の流下方向に並んで積層されているが、その積層方向は通路幅方向であってもよい。

上記実施形態において、送風装置６は、外部の空気を流体通路に吸入する方式であるが、この方式限定されない。例えば、電池冷却装置に適用できる送風装置は流体通路に空気を押し込む方式のものでもよい。

上記実施形態で説明した電池冷却装置は、放熱部を下方に、電池収容部材を上方に位置する姿勢で車両等に配置されているが、この形態に限定されない。例えば、電池冷却装置の設置姿勢は、放熱部を上方に、電池収容部材を下方に位置する姿勢であったり、放熱部と電池収容部材とが横方向に並ぶ姿勢であったりしてもよい。

上記実施形態において、電池スタックを構成する複数個の単電池は、電池収容部材の内部空間で、隣接する単電池間に隙間を設けずに接触させた状態で設置されているが、所定の隙間をあけて設置するようにしてもよい。

２，２Ａ，２Ｂ，１０２…電池スタック、 ４…電池ケース（電池収容部材）
５，１０５，２０５，３０５，４０５…通路形成部材、 ６…送風機（流体駆動装置）
２０，１２０…単電池、 ３２，１３２，２３２…放熱用フィン（放熱部）
４０…内部空間、 ５０，１５０，２５０…流体通路
５１，１５１，２５２…第１の流入口（流入部）
５２，１５２，４５２，６５２，７５２…第２の流入口（流入部）
５３…流出部、 ２５２，５５２，８５２…第３の流入口（流入部）
３５２…第４の流入口（流入部）

Claims (7)

1. 複数の単電池（２０；１２０）の集合体で構成される電池スタック（２，２Ａ；２，２Ａ，２Ｂ；１０２）と、
   前記電池スタックが収容される内部空間（４０）を形成する電池収容部材（４）と、
   前記電池スタックにおける通電部分とは絶縁され、かつ前記電池スタックの発熱が伝達する放熱部（３２；３２，１３２；３２，１３２，２３２）と、
   前記電池スタックの通電部分が存在する前記内部空間とは遮断されるとともに、前記放熱部が設けられる通路であって、前記放熱部を冷却する流体が流れる流体通路（５０；１５０；２５０）と、
   前記流体通路に前記流体を流通させる流体駆動装置（６）と、
   前記流体通路を形成するとともに、前記流体が外部から流入する少なくとも２つの流入部（５１，５２；５１，１５２，２５２，３５２；５１，４５２，５５２；１５１，６５２；２５１，７５２，８５２）と前記流体が流出する流出部（５３）とが設けられる通路形成部材（５；１０５；２０５；３０５；４０５）と、
   を備え、
   前記少なくとも２つの流入部（５１，５２；５１，１５２，２５２，３５２；５１，４５２，５５２；１５１，６５２；２５１，７５２，８５２）は、前記流出部よりも前記流体流れの上流にあって、前記流体通路を流れる前記流体の上流側と下流側とに離間して設けられることを特徴とする電池冷却装置。
2. 前記電池スタックは、前記流体通路に流入した前記流体が前記流出部に向けて流れる流下方向（Ｆ）に並ぶ複数個の電池スタック（２，２Ａ；２，２Ａ，２Ｂ）からなることを特徴とする請求項１に記載の電池冷却装置。
3. 前記流入部（５２；２５２；４５２，５５２，６５２；７５２，８５２）の少なくとも一つは、前記流下方向に間隔をあけて隣り合う前記電池スタックの間に臨む位置に設けられることを特徴とする請求項２に記載の電池冷却装置。
4. 前記放熱部（３２，１３２；３２，１３２，２３２）の表面積は、前記隣り合う電池スタックの間に臨む位置に設けられる前記流入部（５２；７５２，８５２）を基準にして前記流体の下流側に位置する放熱部分の方が大きくなることを特徴とする請求項３に記載の電池冷却装置。
5. 前記流入部（６５２；７５２，８５２）は、前記通路形成部材（３０５；４０５）において、前記流下方向に直交する横断部分（Ｃ）の幅広の両端部にそれぞれ設けられることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の電池冷却装置。
6. 前記電池スタックは、前記流体通路に流入した前記流体が前記流出部に向けて流れる流下方向（Ｆ）に並ぶ複数個の電池スタック（２，２Ａ；２，２Ａ，２Ｂ）からなり、
   前記流体通路（１５０；２５０）は、前記流下方向に直交する横断部分（Ｃ）の幅広の通路幅（Ｗ２，Ｗ３；Ｗ４，Ｗ５，Ｗ６）が、前記電池スタックの位置に対応して前記流下方向に進むほど段階的に広くなるように形成され、
   前記流入部（６５２；７５２，８５２）は、前記通路形成部材（３０５；４０５）において、前記流下方向に直交する横断部分（Ｃ）の幅広の両端部であって前記段階的に広くなる部分にそれぞれ設けられることを特徴とする請求項１に記載の電池冷却装置。
7. 前記内部空間（４０）よりも前記流体通路（５０；１５０；２５０）を下側にした姿勢で、車両（７）における後部座席（７３）の下方に設置されることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の電池冷却装置。

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